建立“動(dòng)態(tài)”能源與“靜態(tài)”能源的優(yōu)化關(guān)系

作者系博眾智合能源轉型論壇中國電力高級顧問(wèn)、中國可再生能源學(xué)會(huì )可再生能源發(fā)電并網(wǎng)專(zhuān)委會(huì )委員。

四川是我國清潔電力西電東送的主要貢獻地，對保障東中部地區用電具有重要作用。今年7、8月間，四川缺電嚴重，引起廣泛關(guān)注。四川這次缺電的直接誘因主要有兩個(gè)：一是全省降水量較常年減少較多，省內主要江河來(lái)水減少導致水電發(fā)電能力不足(不足常年水電日發(fā)電量的五成);二是長(cháng)時(shí)高溫導致用電需求猛增，用電最高負荷創(chuàng )新高，同比增長(cháng)25%。多篇文章對此進(jìn)行了不同角度的分析，提出了有價(jià)值的建議。筆者也有一些體會(huì )，與各位讀者分享探討。

四川“西電東送”供給能力已進(jìn)入平臺期

四川電源結構以水電為主。2014~2021年，水電裝機從6295萬(wàn)千瓦增長(cháng)到8887萬(wàn)千瓦，水電裝機占比從80%降至78%左右;水電發(fā)電量從2578億千瓦時(shí)增長(cháng)到3724億千瓦時(shí)，水電發(fā)電量占比一直保持在82%以上(最高達到2016年88.7%左右)。在此階段，火電發(fā)電裝機從1547萬(wàn)千瓦增長(cháng)到1825萬(wàn)千瓦，裝機占比從19.6%下降到16%，發(fā)電量占比從17.5%下降到14.5%;風(fēng)光新能源發(fā)電裝機從35萬(wàn)千瓦增長(cháng)到723萬(wàn)千瓦，裝機占比從0.5%增長(cháng)到6.3%，發(fā)電量占比從不足0.1%增長(cháng)到3%。由此可見(jiàn)，四川發(fā)電量結構清潔化主要體現在風(fēng)光新能源對火電的替代上，水電的絕對支柱地位沒(méi)有變化(見(jiàn)圖1、2、3)。

圖1 四川省2011-2021年發(fā)電裝機(萬(wàn)千瓦)，用電量、發(fā)電量(億千瓦時(shí))，外送電占比(%)

圖2 四川省2011-2021年發(fā)電量結構(%)

圖3 四川省2012-2021年發(fā)電裝機、用電量及發(fā)電量增長(cháng)率(%)

近幾年，四川電力消費形勢發(fā)生了重要變化。隨著(zhù)大量多晶硅、動(dòng)力電池等高載能行業(yè)移入四川，本地用電需求快速增加。四川年用電量與年發(fā)電量之比，從2017年的61.8%增加到2021年的72.5%，年均增加2.7個(gè)百分點(diǎn)。自2017年以來(lái)，四川用電量年增速超過(guò)發(fā)電裝機增速和發(fā)電量增速。2018~2021年，發(fā)電裝機增速落后于用電需求增速10.4、6.2、6.9和1.1個(gè)百分點(diǎn);發(fā)電量增速落后于用電需求增速6.2、3.4、1.9和5.9個(gè)百分點(diǎn)。這種發(fā)電能力與用電需求增長(cháng)滯后的問(wèn)題，需要通過(guò)提高發(fā)電利用小時(shí)數加以解決(見(jiàn)圖4)。從2017~2021年，四川火電利用小時(shí)數從2123小時(shí)增長(cháng)到3954小時(shí)，增長(cháng)了86%;水電利用小時(shí)數從4220小時(shí)增長(cháng)到4574小時(shí)，增長(cháng)了8個(gè)百分點(diǎn)，達到近十年新高?？梢?jiàn)，水電對新增發(fā)電量貢獻率處于高位，而火電貢獻率也呈現增長(cháng)趨勢(見(jiàn)圖5)。近年來(lái)，四川省內用電需求增長(cháng)快，“豐余枯缺”的供需形勢正在發(fā)生改變，未來(lái)將大概率呈現“豐枯雙缺”。

圖4 四川省2012-2021年水電、火電利用小時(shí)數(小時(shí))

圖5 四川省2017-2021年發(fā)電量增量(億千瓦時(shí))和水電、火電貢獻率

在電力外送方面，2017~2021年，四川外送電量規模(在此用發(fā)用電量差表示，未包括省外購入電量)從1364億千瓦時(shí)下降至1244億千瓦時(shí)，降低了9個(gè)百分點(diǎn)。一方面與2014~2021年四川沒(méi)有再投運新的外送通道有關(guān)，另一方面也與本地用電量加快增加緊密相關(guān)。由此可見(jiàn)，外送電量規模減少，對于確保近年四川省用電較快增長(cháng)也發(fā)揮了較大作用。當前，四川有五條±800千伏特高壓直流跨區外送電力，外送總功率達到3760萬(wàn)千瓦，包括：向家壩-上海(復奉線(xiàn)，2010年)、錦屏-蘇南(錦蘇線(xiàn)，2012年)、溪洛渡左岸-浙江金華(賓金線(xiàn)，2014年)、雅中-江西(雅湖線(xiàn)，2021年)以及今年7月投運的白鶴灘-江蘇線(xiàn)。四川作為全國重要的清潔能源基地，其向中東部地區的清潔電力供給能力已經(jīng)達到了一個(gè)平臺期。隨著(zhù)雅湖直流、溪洛渡-江蘇直流先后建成，東中部地區對四川電力外送的需求依然較旺盛。

發(fā)展可再生能源 需要正視自然因素的客觀(guān)性

此次四川缺電現象給筆者帶來(lái)的最大啟示是：大力發(fā)展可再生能源，是重新認識和重新建立人與自然關(guān)系的過(guò)程。開(kāi)發(fā)利用好可再生能源要建立在對自然現象、對自然規律認識的不斷深化、認可和尊重的基礎上，堅持系統觀(guān)念，通過(guò)加強技術(shù)創(chuàng )新、部門(mén)協(xié)同和地方協(xié)調得以實(shí)現。

在自然與人的新關(guān)系中，與自然本身特性(溫度、降水、日照、風(fēng)吹、濕度等)緊密相關(guān)的“不確定性”或“變動(dòng)性”將直接影響人們獲取和使用能源。水電直接與降水緊密相關(guān)，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電直接受到氣候和天氣、晝夜影響。哪怕是這次數十年一遇的四川高溫與降水減少，也都是自然現象。我們應該承認和接受自然現象的影響。

碳基能源(特別是煤炭、石油、天然氣等)是“高可靠性”“高確定性”的資源，開(kāi)采出來(lái)后，可以通過(guò)管道輸送到其他地方，不用了，又可以?xún)Υ嫫饋?lái)。這些“高可靠性”和“高確定性”資源，是自然界億萬(wàn)年演變而來(lái)，是“靜態(tài)”自然界的產(chǎn)物(可稱(chēng)為“靜態(tài)”能源)，能夠帶給人們可預見(jiàn)性和安全感。風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等可再生能源，是“動(dòng)態(tài)”自然界的產(chǎn)物(可稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)”能源)，需要晝夜變化、風(fēng)起風(fēng)落和降水才能產(chǎn)生。自然界的運動(dòng)變化具有較大的“不確定性”或“變動(dòng)性”。因此，大力發(fā)展可再生能源，就是要提高“動(dòng)態(tài)”能源占比，建立“靜態(tài)”能源與“動(dòng)態(tài)”能源新的優(yōu)化關(guān)系。如何適應大自然的“不確定性”或“變動(dòng)性”，將是構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統所要解決的核心問(wèn)題。

一是通過(guò)提高“可預測性”，降低大自然“不確定性”的影響。這些自然現象是客觀(guān)存在的，有一個(gè)孕育演化的過(guò)程，是有先兆的、可以預測的。因此，應該加強技術(shù)創(chuàng )新，采取先進(jìn)技術(shù)、綜合分析、跨部門(mén)研判，提升預測能力和預測精度。在新型電力系統中，氣候和天氣、水文的影響將越來(lái)越大，能源電力部門(mén)應加強與氣象、水利部門(mén)的深度協(xié)同，特別是在不同時(shí)間尺度的電力系統調控和中長(cháng)期電力供需平衡等方面。

二是促進(jìn)能源來(lái)源“多元化”，降低“單一”自然因素的影響。有限地理空間內(如某省、某市等)的電力供給體系，如果其電源結構單一，或僅是某類(lèi)電源(特別是可再生能源發(fā)電)占絕對主力地位，那“單一”自然因素(包括來(lái)水降低、多日無(wú)風(fēng)、多日陰雨等)的影響將會(huì )對電力供給產(chǎn)生嚴重的影響。這就是電源結構的“脆弱性”。在新型電力系統中，有限地理空間的電力供給體系應該盡可能“多元化”，應該包含一定比例的、與自然因素弱相關(guān)的常規電源作為高可靠性電源。同時(shí)，還應該盡可能加強具有電源差異、特性互補的不同電力供給體系的互聯(lián)互供，降低“單一”自然因素的影響。

三是通過(guò)加強負荷的“靈活性”，減少供給壓力，提高消納能力。需求決定供給是普遍適用的經(jīng)濟規律，電力系統供需平衡也不例外。隨著(zhù)新能源比例逐漸提高，自然因素影響對電力供給側影響也不斷提高。相比傳統電力系統，新型電力系統的基本平衡邏輯發(fā)生了根本變化，出現了“量力分化”(即因為風(fēng)光發(fā)電的變動(dòng)性和隨機性，系統的電量平衡與電力平衡不能通過(guò)僅僅調節新能源發(fā)電來(lái)實(shí)現)。電力平衡需要供需兩側加強協(xié)同，雙向調節才可實(shí)現。因此，負荷的“靈活性”或“彈性”“可調節性”將成為一類(lèi)高價(jià)值調節資源，一方面可以在自然因素惡化、新能源出力減少時(shí)，減少電源的保供壓力，另一方面，也可以根據市場(chǎng)價(jià)格信號引導，提高消納低價(jià)新能源電力的能力。因此，建設適應新能源占比逐漸提高的電力消納體系的核心就是不斷挖掘和發(fā)展用戶(hù)側靈活性資源價(jià)值。

完善“西電東送”戰略 適應構建新型電力系統的需要

除此之外，此次四川缺電現象也提醒我們需要思考構建新型電力系統對西電東送國家戰略的影響。筆者認為，至少有以下幾方面的影響：

一是隨著(zhù)傳統電源輸出省份電力供需形勢的變化，特別是自用電量增加，需要處理好外送與自用的關(guān)系。這一點(diǎn)對于受自然因素影響較大的省份(特別是具有電源結構“脆弱性”的省份)十分重要。應該建立起一種新的風(fēng)險分攤與利益共享機制。

二是加快發(fā)展東部當地電源，提高本地電力供給能力，降低西部自然因素的“外溢”效應。積極安全發(fā)展東部沿海核電，加快發(fā)展東部分布式可再生能源。

三是加快發(fā)展東部負荷密集區域的靈活性資源和需求側資源，提高負荷彈性，降低最高負荷增長(cháng)速度，優(yōu)化負荷特性，合理月度電量分布，降低整個(gè)電力供給消納體系運行壓力，增強新能源消納能力。